大型结构变形及形貌摄像测量技术研究进展

船体、机翼、工程建筑等大型结构的变形与形貌的精确测量是实验力学的基本任务之一.摄像测量具有测量精度高、范围大、非接触、可动态测量等优点,是结构形貌与运动测量的重要手段.本文介绍了作者及其所在科研团队近年来利用摄像测量技术在大型结构变形、形貌测量等方面的研究成果和典型应用范例,主要包括:提出折线光路像机链摄像测量方法与技...     

大型结构变形及形貌摄像测量技术研究进展

船体、机翼、工程建筑等大型结构的变形与形貌的精确测量是实验力学的基本任务之一。摄像测量具有测量精度高、范围大、非接触、可动态测量等优点,是结构形貌与运动测量的重要手段。本文介绍了作者及其所在科研团队近年来利用摄像测量技术在大型结构变形、形貌测量等方面的研究成果和典型应用范例,主要包括：提出折线光路像机链摄像测量方法与技术,用于船体等大型结构,不稳定平台的静态基准转换,以及地下工程、边坡等的多点变形长期动态监测;采用多摄像机联合组网,用于机翼、风电叶片等大型结构形貌与变形的高精度测量;在投影轮廓线辅助下进行多部像机组网,用于对大型堆场三维形貌、料堆体积和高程等的高精度测量等。     

大型结构变形监测摄像测量研究进展

桥梁、隧道、舰船等大型结构变形的全场、高精度、动态测量,是其动态性能实验和质量监测的基本要求。摄像测量具有非接触、高精度、可测点多、实时动态测量等特点,在大型结构的变形监测方面有独特的优势。本文介绍了作者所在科研团队近年来利用摄像测量技术在大型结构变形监测方面的研究新成果和典型应用,包括提出位移传递像机串联网络摄像测量方法与技术,用于自动监测高速铁路、隧道等大型结构的路基沉降;研制天线基座变形摄像测量系统,实时、连续、长时间测量我国远望号测量船的天线基座变形等。     

舰船波浪中航行时的变形分析及其IMU实时测量方法

大型舰船在水面上航行过程由于波浪的作用会产生一定的变形,该变形会降低舰船上姿态信息的精度,影响舰载武器系统的作战效能,针对这一问题,首先对舰船的变形进行理论分析,计算舰船所承受的波浪载荷,将波浪载荷加载到舰船的有限元模型,经计算得到的甲板各节点的角位移及线位移信息,以此来分析舰船的变形。在舰船的关键战位点安装由陀螺仪和加速度计组成的惯性测量单元(IMU),将IMU的输出信息与舰船主惯导的输出信息进行匹配,设计舰船变形估计的卡尔曼滤波器,实时估计IMU安装处的甲板变形角,为舰载武器装备提供准确的局部姿态信息,实验结果证明了所提方法的有效性。     

大型柔性构件振动控制的特征结构配置

根据大型柔性构件存在着建立运动方程自由度多,整体结构参数不宜测量等特点,文中研究了基于子结构的振动特征结构配置．为克服以往在拼装子结构时由于界面耦合作用,造成振动能量相互传递,破坏原有各子控制器设计性能的缺陷,作者提出了通过在界面上安装控制执行器,以割断子结构间能量传递的分散解耦控制法,保证了子控制器的设计特性在装配后不会改变     

基于摄像测量原理的船体垂向变形测量半实物仿真实验研究

针对船体垂向变形测量的迫切需求,以及现有方法对于垂向变形适用性差的实际情况,提出了一种利用摄像测量原理实现垂向变形测量的新方法,推导了设备垂向变形角与姿态欧拉角变化量之间的转换关系,在此基础上设计了船体垂向变形测量方案。通过在平台上的CCD像机对与垂向设备基座固连的合作标志的实时观测,解算由于变形引起的合作标志姿态变化量,再利用合作标志与设备基座固连关系计算设备的垂向变形角。在实验室条件下进行了半实物仿真实验,实验结果测量值与参考值变化趋势一致,测量误差均在10″以下,说明该方法在垂向变形测量中正确可行。     

航天测量船船体变形摄像测量技术研究进展

航天测量船是一座海上活动测控站,在辽阔的海洋上对导弹、航天器进行跟踪、测量和控制.航天测量船在海上工作状态下,随着航速、航向的变化,以及海浪冲击、温度变化等影响,会产生不可忽视的弹性变形.这种变形会带来航天测量船的测量误差,特别是雷达和光电经纬仪等测控设备相对船体基准的动态变形,如果不能测量并修正,这些设备就无法完成高精度测量的任务[1].     

舰船甲板动态变形惯性测量方法研究

结合舰船甲板动态变形实际情况，在卡尔曼滤波算法的基础上建立了舰船甲板动态变形惯性测量系统的模型，并对该模型进行了仿真。结果表明了该测量方法在实际工程应用中的可行性。     

一种舰船变形测量方法的研究与应用

以舰船船体结构、惯性导航系统、被试导航设备以及天文经纬仪为物理对象，提出了一套利用光学系统原理和计算机图像处理技术对联合基座进行水平变形测量的方法，解决了各设备因安装位置的不同所造成的安装基座间产生的水平变形量问题。     

面向压电智能结构精确变形的协同优化设计方法

智能结构集智能材料与传统材料于一体,能够实现结构的主动控制,在航空航天等领域具有巨大的应用潜力.由于其系统复杂且具有多场耦合效应,智能结构的整体式优化设计方法成为结构控制技术研究的关键之一.为了提高压电智能结构的整体性能和变形精度,提出了同时考虑压电驱动器布局(分布位置及角度)和基体结构拓扑构型的协同优化设计新方法.采用多点约束方法 (multi-point constraints,MPC)建立压电驱动器和基体结构的连接,定义一种与测量点目标位移相关的权重函数,以实现结构的精确变形控制.通过协同优化设计,压电驱动器可以获得最优的分布位置及角度,同时基体结构获得最优的拓扑构型,从而提升了压电智能结构系统的整体驱动性能和变形精度.通过进一步分析,研究了精确变形、体分比约束与结构优化构型和整体刚度的关系,以及优化结果中可能存在的传力路径畸变现象.数值算例的设计结果表明,采用协同优化设计方法,能够扩大结构的寻优空间,有效减小变形误差,实现压电智能结构的精确变形控制.     

变形测量中的数字散斑相关搜索方法

本文用仿射变换阐述了数字散斑相关方法的基本原理,通过分析散斑位移及其导数对物体变形前后散斑图的相关性的影响,对相关算法作了简化,提出了相关搜索方法.典型的实验证实了该方法的可行性,同时就散斑颗粒尺寸、子区大小对相关识别的影响等问题进行了讨论,初步给出了相关计算的有关最佳参数.     

单镜头三维粒子成像测速

本文提出了一种用单镜头进行三维流场测量的方法，建立了包括摄录系统、数字图象处理及识别系统及流动装置的３Ｄ－ＳＣＰＩＶ系统。完成了现有条件下的原理性定量测量实验。     

白光DSCM方法用于岩石变形观测的研究

本文分析了白光DSCM（数字散斑相关测量）方法用于岩石材料表面变形观测的可行性及优越性，并根据岩石材料变形的特点将普通DSCM方法进行改进。DSCM方法应用于岩石变形观测中，使观测过程得到简化，同时有助于解决岩石力学中一些难题。文中的实验结果证实了该方法的可行性和优越性。     

网格法及其在大变形测量中的应用

网格法具有操作简单、测量范围大、易于自动处理等特点。本文首先介绍了网格法测量的基本原理,其次用仿真的实验对网格法进行了检验,最后用皮革材料进行了拉伸实验。由于对镜头误差得到了修正、变形前后的网格点得到了自动匹配,从而实现了大变形的自动高精度测量。     

基于图像的主动脉弓运动和变形参数自动跟踪测量方法

提出一种基于动物实验序列图像的自动跟踪方法,测量主动脉弓在体运动和变形。在测量的初始帧,手动选取测量窗口,采用像素灰度值的梯度算法对图像测量窗口内的边界进行自动识别,得到主动脉弓的真实边界,进而调整测量窗口至最佳位置。在后续帧中,自动跟踪最佳测量窗口的位置,测量主动脉弓不同部位动脉直径和中心点位置随时间的变化。通过对四只兔子的实验测量,结果发现:主动脉弓具有一定锥度,在弓部直径最大,且主动脉弓在体运动和变形周期与心动周期之间存在较强的相关性。结论与生理现象或已有实验结果一致,表明基于图像的自动跟踪方法在测量主动脉弓运动与变形时不仅可行,而且可靠。     

数字图像相关方法在桥梁裂缝变形监测中的应用

本文结合工程实际背景分析了数字图像相关方法应用在桥梁裂缝变形监测中的可行性及优越性。根据桥梁裂缝变形的特点采用数字图像处理技术中的位移梯度法进行所选区域的相关匹配搜索并对相关系数的计算公式加以改进。使实验过程得以简化。计算结果全场化、直观化。本文对数字图像处理软件的测量精度和在实际测量中的测试误差进行了分析和研究。证明该软件能够更加精确地测定裂缝在各种荷载作用下的变形量值．实际的桥梁测试也验证了该方法的可行性和优越性。若图像记录设备的分辨率是12．47pixel／mm(0．0802ram／pixel)。本文所涉及到的桥梁裂缝边缘的位移测试精度为0．000802mm。     

多相机3D-DIC及其在高温变形测量中的应用

将基于双目视觉的三维数字图像相关方法 (Three-dimension digital image correlation,3D-DIC)与多相机同步采集系统相结合,形成基于多相机的3D-DIC系统。依据三维空间误差(Three-dimensional residual,3Dresidual)最小原则,确定各点对应的最佳双目视觉系统,获得物体全场三维变形。以四相机3D-DIC系统为例,与测量精度达10~20nm的电子散斑干涉测量系统同时对平板的离面位移进行测量,并对测量得到的离面位移最大值进行了对比分析。结果显示,荷载较小时,四相机3D-DIC与电子散斑干涉测量系统误差稍大,最大达到2.7%;荷载增大,物体变形增大时,两种测量系统结果基本相同。文中讨论了四相机测量系统的不稳定对实验结果的影响。利用该四相机3D-DIC系统对镍合金不锈钢材料在高温场中的变形进行测量,获得了物体的三维变形场,并分析了材料的膨胀系数,得到了试件的热应变-温度曲线和膨胀系数随温度变化的关系式。